Обзор и тестирование видеокарты NVIDIA GeForce GTX 750 Ti

Довольствуйся настоящим, но стремись к лучшему.
Сократ

В 2010 году компания NVIDIA представила новую микроархитектуру – NVIDIA Fermi, которая стала еще одним большим шагом вперед для индустрии графических ускорителей в целом. Она привнесла с собой массу инноваций и улучшений, которые позволили видеокартам на ее основе демонстрировать невиданный уровень производительности. Так, большая скорость работы флагманского решения NVIDIA GeForce GTX 480 была сравнима лишь с не менее значительным его тепловыделением и энергопотреблением. Но и первые электронные цифровые компьютеры занимали огромные помещения и потребляли киловатты энергии. Но если мировому сообществу ученых понадобились десятилетия, чтобы сократить эти показатели до приемлемого уровня для создания персональных компьютеров, то инженерам компании NVIDIA было необходимо лишь 4 года для разработки и реализации видеокарты с практически тем же уровнем производительности, но с 4-кратным уменьшением энерогопотребления и 3-кратным снижением конечной стоимости. Интригующе, не правда ли?

Давайте же более детально познакомимся с графическим процессором NVIDIA GM107. Он представляет собой первое поколение 28-нм микроархитектуры NVIDIA Maxwell, которая сфокусирована на создании энергоэффективных решений для компактных десктопных и мобильных систем. Позднее появится и второе поколение, которое уже адресовано в сегмент производительных адаптеров для энтузиастов.

Знакомство с новой микроархитектурой лучше всего начать со структуры используемого графического ядра, сравнив ее с образцом предыдущего поколения, что позволит сразу же увидеть ключевые нововведения.

Структура графического процессора NVIDIA GM107 (NVIDIA Maxwell)

Структура графического процессора NVIDIA GK107 (NVIDIA Kepler)

Как видим, в целом структура сохранилась: имеется движок GigaThread Engine, представленный еще в микроархитектуре NVIDIA Fermi; кластер обработки графики GPC (Graphics Processing Cluster), в котором сконцентрировано большинство вычислительных блоков; ROP-блоки, которые традиционно вынесены за пределы GPC, общая кэш-память L2 и два 64-битных контроллера оперативной памяти. Ключевыми же элементами кластера GPC опять же выступают потоковые мультипроцессоры SMM (Streaming Multiprocessor Maxwell). Как раз с них мы и начнем знакомство с ключевыми нововведениями.

Структура потокового мультипроцессора SMM микроархитектуры NVIDIA Maxwell

Структура потокового мультипроцессора SMX микроархитектуры NVIDIA Kepler

Первое, что бросается в глаза, это разделение модуля SMM на четыре отдельных вычислительных блока. Каждый из них обладает буфером инструкций, планировщиком, 32-мя CUDA-ядрами и рядом других необходимых для полноценной работы конструктивных элементов. Каждая пара таких вычислительных блоков имеет в своем распоряжении 4 текстурных блока и совместную кэш-память L1, которая также используется в качестве кэш-памяти текстурных блоков. Таким образом, один модуль SMM объединяет в себе 128 CUDA-ядер и 8 текстурных блоков. Для дизайна SMX характерно использование 192-х CUDA-ядер и 16-ти текстурных блоков с 4-мя общими планировщиками и общей кэш-памятью L1. Применение более гибкой структуры привело к повышению энергоэффективности работы каждого ядра CUDA на 35%. К тому же были оптимизированы алгоритмы функционирования планировщика. Дополнительно появилась возможность более гибкого отключения части незадействованных CUDA-ядер при работе с нетребовательными приложениями, что опять же ведет к повышению энергоэффективности.

Если теперь возвратиться к общей структуре, то мы увидим, что в процессорном кластере NVIDIA GM107 имеется 5 блоков SMM, то есть максимум 640 CUDA-ядер и 40 текстурных блоков. В NVIDIA GK107 присутствует лишь 2 блока SMX, что соответствует 384 CUDA-ядрам и 32-м текстурным блокам. Более того, инженеры компании NVIDIA оптимизировали структуру каждого значимого компонента на транзисторном уровне. В результате общая площадь графического процессора увеличилась лишь на 25%, тогда как количество CUDA-ядер возросло на 67%, скорость обработки текстур повысилась на 20%, рост пиковой производительности составил 61%, а уменьшение показателя TDP достигло 6%.

Еще одним очень важным нововведением в микроархитектуре NVIDIA Maxwell стало увеличение общей кэш-памяти L2 с 256 КБ (NVIDIA GK107) до 2 МБ (NVIDIA GM107). Это позволяет существенно снизить количество обращений к внешней памяти, что приводит к повышению быстродействия и к снижению энергопотребления. В общем, графический процессор NVIDIA Maxwell позволяет добиться 2-кратного повышения показателя производительность/Вт при сохранении 28-нм техпроцесса производства.

Итоговая сравнительная таблица спецификации графических ядер NVIDIA GM107 и NVIDIA GK107 выглядит следующим образом:

Модель	NVIDIA GK107 (Kepler)	NVIDIA GM107 (Maxwell)
Техпроцесс, нм	28	28
Размер кристалла, мм2	118	148
Количество транзисторов, млрд.	1,3	1,87
Количество CUDA-ядер	384	640
Количество текстурных блоков	32	40
Количество ROP-блоков	16	16
Базовая тактовая частота, МГц	1058	1020
Динамическая тактовая частота, МГц	-	1085
Производительность, GFLOPs	812,5	1305,6
Скорость заполнения текстур, Gigatexel/с	33,9	40,8
Объем кэш-памяти L2, КБ	256	2048
Тип видеопамяти	GDDR5	GDDR5
Эффективная тактовая частота видеопамяти, МГц	5000	5400
Разрядность шины памяти, бит	128	128
Пропускная способность, ГБ/с	80	86,4

Отметим, что мы указали лишь наиболее значимые отличия, но в процессе создания NVIDIA GM107 была проделана колоссальная работа по оптимизации каждого значимого элемента, начиная от улучшений в структуре блоков управления и планировки и заканчивая балансировкой рабочих нагрузок и более гибким изменением тактовых частот в зависимости от уровня нагрузок.

Дополнительно был улучшен и модуль NVENC. Он отвечает за аппаратное кодирование / декодирование видео формата H.264 и активно используется в работе технологии NVIDIA ShadowPlay, позволяя геймерам сохранять любой игровой процесс. И если модуль NVENC в микроархитектуре NVIDIA Kepler позволял ускорить процесс кодирования H.264-видео в 4 раза, то в NVIDIA Maxwell этот показатель уже составляет 6-8 раз. Процесс декодирования ускорено в 8-10 раз. Учитывая еще и интеграцию специальной кэш-памяти для декодирования, а также более эффективную работу подсистемы памяти, мы получили повышение производительности при одновременном снижении энергопотребления и уменьшении нагрузки на систему (которая и так была минимальной).

Ну и напоследок рассмотрения микроархитектуры NVIDIA Maxwell выделим еще и имплементацию нового энергосберегающего состояния – GC5. Оно отвечает за сокращение энергопотребления при незначительных нагрузках, например, во время просмотра видео. Почему компания NVIDIA уделяет так много внимания именно вопросу оптимизации энергопотребления? Все очень просто: в соответствии с избранной стратегией дальнейшего развития, все микроархитектуры графических процессоров (начиная с NVIDIA Maxwell) разрабатываются в первую очередь с учетом их дальнейшей интеграции в мобильных устройствах (смартфонах, планшетах, ноутбуках), а уже потом они масштабируются для более производительных систем.

А теперь давайте познакомимся с официальной презентацией графического процессора NVIDIA GM107 и первых видеокарт на его основе: NVIDIA GeForce GTX 750 и NVIDIA GeForce GTX 750 Ti.

Вступительная ее часть прошла под девизом «Next-GEN PC GAMING». Основной акцент в ней сделан на то, каким образом компания NVIDIA меняет подход к восприятию компьютерных игр. Во-первых, она постоянно работает над разработкой и усовершенствованием инструментов и механизмов для создания красочного и реалистического изображения, которые используются во многих играх, включая наиболее популярные. Во-вторых, разработана аппаратно-программная технология NVIDIA ShadowPlay для качественного и быстрого сохранения любого игрового процесса.

В-третьих, реализована технология NVIDIA G-SYNC, которая позволяет синхронизировать частоту обновления монитора со скоростью рендеринга графического процессора, улучшая тем самым качество отображения картинки. В-четвертых, с помощью игровой консоли NVIDIA SHIELD воплощена идея мобильности традиционных ПК-игр: можно либо играть в них непосредственно на самой консоли, получая необходимые данные беспроводным путем с ПК, либо же использовать ее в качестве приставки для воспроизведения игрового процесса на широкоформатном экране совместимого телевизора.

Однако эти моменты уже не новы, поэтому концентрироваться на них авторы презентации не стали, ведь не они являются виновниками торжества, а видеокарты NVIDIA GeForce GTX 750 и GeForce GTX 750 Ti.

Знакомство с ними началось с ключевой микроархитектурной особенности: разделение SM-модуля на четыре вычислительных блока. Это стало одной из причин существенно возросших показателей производительности: на 135% улучшилась производительность на ядро и в 2 раза возросло значение производительности на Вт. Дальнейшего углубления в особенности микроархитектуры NVIDIA Maxwell не последовало, однако не стоит винить в этом авторов презентации, ведь их целью было осветление наиболее значимых моментов. К тому же компания NVIDIA любезно снабдила всех желающих более подробной информацией.

Далее последовали лишь объективные цифры и информативные графики, которые наглядно демонстрируют всю красоту воплощения микроархитектуры NVIDIA Maxwell в первых ее представителях.

Первую рассмотрим модель NVIDIA GeForce GTX 750. Уровень ее производительности возрос на 300%, а потребляемая мощность снизилась практически вдвое в сравнении с моделью NVIDIA GeForce GTS 450.

Компактные габариты ее печатной платы и системы охлаждения, отсутствие необходимости подключения дополнительного кабеля питания PCIe и отличные оверклокерские возможности позволяют создавать на ее основе компактные игровые станции с приемлемым уровнем производительности в современных играх на средних и высоких настройках графики.

Модель NVIDIA GeForce GTX 750 отлично себя чувствует и в сравнении с основным конкурентом – AMD Radeon R7 260, обходя его по уровню производительности во многих популярных играх. Еще более красноречивыми являются показатели TDP: здесь компании AMD есть над чем поработать и к чему стремиться.

Напоследок рассмотрим техническую спецификацию модели NVIDIA GeForce GTX 750. Наличие 512 CUDA-ядер свидетельствует о поддержке лишь 4-х блоков SMM вместо 5-ти в полной версии GPU NVIDIA GM107, соответственно, количество текстурных блоков уменьшилось с 40 до 32.

При этом тактовые частоты графического процессора и видеопамяти остались без изменений: 1020 / 1085 МГц для GPU и 1400 / 5400 МГц для 1-ого ГБ 128-битной GDDR5-памяти. Подключение дополнительных кабелей питания не требуется (TDP всего 55 Вт), а для вывода изображения доступны два порта DVI (DVI-I, DVI-D), один mini-HDMI или опциональный DisplayPort 1.2. Эталонный образец этой новинки выглядит следующим образом.

В ритме вальса переходим к знакомству с моделью NVIDIA GeForce GTX 750 Ti, которая построена на основе полнофункционального графического процессора NVIDIA GM107.

Как видим, показатель производительность на Вт для этой модели в 4 раза лучше, чем у ее аналога с микроархитектурой NVIDIA Fermi (NVIDIA GeForce GTX 550 Ti). Как видим, в 2 раза возрос уровень производительности и практически в 2 раза снизилось потребление электроэнергии. То есть у пользователей есть все предпосылки для модернизации своих ПК.

Опять же, компактные габариты, отсутствие дополнительного питания и впечатляющий разгонный потенциал (в лабораторных условиях была достигнута частота 1250 МГц) способствуют максимально широкой интеграции новинки в разнообразных системах, включая наиболее компактные.

Конкурентный аналог в виде AMD Radeon R7 260X также не может противостоять натиску новой микроархитектуры. И если по показателю производительности ситуация не столь драматическая, то в плане энергоэффективности модели NVIDIA GeForce GTX 750 Ti пока нет равных. Теперь становится понятен стремительный анонс графического адаптера AMD Radeon R7 265 и корректировка цен на видеокарты серии AMD Radeon R7 260. Согласитесь, ведь хорошо, когда идет столь напряженная и бескомпромиссная борьба между производителями! В итоге мы получаем более качественные продукты по менее высоким ценам.

Сводная таблица технической спецификации видеокарты NVIDIA GeForce GTX 750 Ti уже нам знакома. В ней остается лишь отметить наличие 1-ого или 2-х ГБ 128-битной GDDR5-памяти и аналогичного, как и у NVIDIA GeForce GTX 750, набора внешних интерфейсов.

Завершил презентацию новинок слайд с их позиционированием в модельном ряде компании NVIDIA. В частности, они пришли на смену графическому адаптеру NVIDIA GeForce GTX 650 Ti. Также из продажи уже практически ушла модель NVIDIA GeForce GTX 650 Ti BOOST.

Что же касается розничной стоимости новых адаптеров, то на Украине модель NVIDIA GeForce GTX 750 будет доступна по цене от 1090 гривен, в России – от 4490 рублей, а в США – от $119 (без налогов). Аналогичные показатели для версии NVIDIA GeForce GTX 750 Ti составляют от 1290 гривен, от 5490 рублей и от $149 (без налогов) соответственно.

А теперь давайте перейдем к еще более интересной части знакомства с микроархитектурой NVIDIA Maxwell – обзору и тестированию видеокарты NVIDIA GeForce GTX 750 Ti. Начнем же его по традиции с изучения спецификации.

Внешний вид и элементная база

Видеокарта NVIDIA GeForce GTX 750 Ti выполнена на весьма небольшой печатной плате черного цвета, что позволяет говорить об ее отличной совместимости с большинством даже самых компактных корпусов. Что касается элементной базы, то в составе данной новинки использованы вполне стандартные компоненты с повышенным ресурсом работы. Конечно же, партеры компании NVIDIA обязательно представят и собственные образцы с использованием более качественной элементной базы.

Питание модели NVIDIA GeForce GTX 750 Ti выполнено по вполне ожидаемой и весьма простой трехфазной схеме (две фазы для GPU и одна для чипов памяти). Наверняка в продаже можно будет встретить и модификации с усиленной подсистемой питания, однако для видеокарты данного класса и трех фаз вполне достаточно.

В качестве ШИМ-контроллера используется микросхема неизвестного производства с маркировкой 81172. Поскольку производитель нам неизвестен, то и обнаружить какую-либо информацию о нем, к сожалению, не удалось.

TDP новинки находится на уровне всего 60 Вт, поэтому ее питание осуществляется исключительно при помощи слота PCI Express 3.0 х16. Также напомним, что для системы с установленной видеокартой будет достаточно блока питания мощностью всего 300 Вт, что делает ее отличным выбором для мультимедийных HTPC.

Обратная сторона видеокарты примечательна разве что крепежными винтами системы охлаждения. Также отмечаем наличие четырех посадочных мест под микросхемы видеопамяти, что позволяет увеличить их общий объем до 4-х ГБ.

Для вывода изображения на графическом адаптере NVIDIA GeForce GTX 750 Ti предусмотрен следующий набор интерфейсов:

• 1 х DVI-I;
• 1 х DVI-D;
• 1 х mini-HDMI.

Поддерживаются следующие разрешения:

• цифровое - до 4096 x 2160;
• аналоговое - до 2048 x 1536.

В основе тестируемой новинки лежит графический чип NVIDIA GN107 (Maxwell) в модификации GM107-400-A2. Он произведен по 28-нм техпроцессу и состоит из 5 активных SMM-блоков, 640 универсальных шейдерных конвейеров (ядер CUDA по терминологии компании NVIDIA), 40 текстурных блоков (некорректно считывается утилитой GPU-Z 0.7.6) и 16 блоков растеризации. Как мы уже говорили, в номинальном режиме работы частота графического ядра составляет 1020 МГц, а благодаря поддержке рассматриваемым продуктом технологии GPU Boost 2.0 в турборежиме его скорость в среднем составляет 1085 МГц.

Память героини нашего обзора, общим объемом 2 ГБ, набрана с помощью 4-х чипов емкостью 512 МБ каждый, производства компании SK Hynix. Микросхемы имеют маркировку H5GC4H24MFR T2C и, согласно документации, их номинальная частота составляет 5 ГГц. Обмен данными между графическим ядром и памятью осуществляется через 128-битную шину, которая способна пропускать 86,4 ГБ информации за секунду.

Система охлаждения

Видеокарта NVIDIA GeForce GTX 750 Ti с установленной системой охлаждения занимает два слота расширения и имеет общую длину всего 159 мм (согласно измерениям в нашей тестовой лаборатории).

Поскольку графическое ядро NVIDIA GM107 обладает достаточно низким тепловыделением, то для его охлаждения используется очень компактный кулер, который состоит из круглого цельнометаллического радиатора с оребрением и одного вентилятора с диаметром лопастей 55 мм.

К сожалению, чипы видеопамяти и элементы подсистемы питания GPU лишены какого-либо охлаждения, что может негативно сказаться на разгонном потенциале.

При автоматическом регулировании скорости вращения вентилятора, в режиме максимальной нагрузки графическое ядро нагрелось до 68 градусов, а кулер, судя по показаниям мониторинга, работал при этом на 49% от своей максимальной мощности. Уровень шума можно субъективно охарактеризовать, как «ниже среднего». При этом он является абсолютно комфортным для продолжительной работы за компьютером и практически не отличается от показателей в режиме простоя.

После принудительного увеличения частоты вращения лопастей до максимального уровня, температура GPU опустилась до 58 градусов. Конечно же, при 3780 об/мин возрос и уровень шума, который можно охарактеризовать, как «выше среднего», однако даже в таком режиме работы кулера видеокарта все еще не привлекает к себе чрезмерное внимание пользователя.

При отсутствии нагрузки частоты графического ядра и памяти автоматически понижаются, что приводит к меньшему их энергопотреблению и тепловыделению. Охладитель в таком режиме работает практически бесшумно, а температура графического ядра не превышает отметку в 31 градус.

Подводя итоги тестирования кулера видеокарты NVIDIA GeForce GTX 750 Ti, отметим, что благодаря низкому тепловыделению графического ядра даже столь компактная СО отлично справилась с его охлаждением. Отдельно выделим тот факт, что даже в случае разгона и увеличения частоты вращения вентилятора до максимального уровня, уровень издаваемого шума все еще остается вполне комфортным для продолжительной работы за компьютером.

Тестирование